导流式连续卸料离心机在铜电解净液系统中的应用

王功强

(铜陵有色设计研究院, 安徽 铜陵 244000)

导流式连续卸料离心机在铜电解净液系统中的应用

王功强

(铜陵有色设计研究院, 安徽 铜陵 244000)

介绍了导流式连续卸料离心机的结构、工作原理与特点，叙述了其在铜电解净液系统粗硫酸铜过滤分离中的应用。与传统过滤机相比，导流式连续卸料离心机不仅能高效快速分离出硫酸铜，减少硫酸铜含水量，而且能够实现密闭、连续作业，消除现场酸雾的危害，具有良好的经济效益和环境效益。

导流式连续卸料离心机； 粗硫酸铜； 结晶； 过滤； 铜电解净液

1 概述

近年来，铜的市场需求不断增大，与此同时，生产铜的原料铜精矿供求紧张，低杂质高品位的铜精矿越来越少，各大冶炼厂将购进的低品位高杂质铜精矿掺杂到进口铜精矿一起入炉冶炼，导致电解液的成分发生变化，杂质在其中不断积累，而硫酸浓度则逐渐降低。要保证电解出合格的阴极铜，必须根据阳极板的杂质成分，结合电解液杂质极限浓度，抽取一定量的电解液进行净化[1]。

铜冶炼厂生产粗硫酸铜一般采用真空蒸发—水冷结晶—过滤分离工艺，工艺流程见图1。

图1 粗硫酸铜生产工艺流程图

该工艺中过滤工序采用的过滤分离设备一般有三种类型[2]：

(1)三足式离心过滤机。该类过滤机为上部卸料和下部卸料两种。上部卸料基本是人工操作，劳动强度大；下部卸料不用人工出料，但操作不当时易震动，而且溶液易从离心机卸料口漏入料中，所以下部卸料不宜用于精硫酸铜分离。三足上卸式离心机分离出的硫酸铜其物理性能基本能够满足国家标准要求，为国内大多数工厂所采用。

(2)立式螺旋自动卸料离心机。该机优点是生产能力大，产品含水低。由于连续自动卸料，便于实现连续化、自动化生产。缺点是设备易损坏，维修困难，对硫酸铜晶粒有破坏，目前国内只有个别厂家使用。

(3)立式溢料型离心机。该机生产能力大，能连续自动进、卸料，劳动强度小，但产品含水较高。

近年来，随着我国铜冶炼厂环保、自动化水平的不断提高，以上三种离心设备逐渐被淘汰，目前只有一些小型工厂还在使用，国内主要大型冶炼厂普遍采用的是带式离心过滤机。虽然带式离心过滤机在生产规模和连续性作业方面均有较大改善，但仍存在设备体积大、厂房土建成本较高、能耗高、滤布损耗大，需要配套真空设备、水洗设备、酸雾收集处理系统等一系列问题。

新型过滤设备导流式连续卸料离心机，与传统带式过滤机相比，不仅能高效快速分离出硫酸铜结晶，减少硫酸铜含水量，而且能够实现密闭、连续作业，消除现场酸雾的危害，具有良好的经济效益和环境效益。

2 导流式连续卸料离心机的工作原理

2.1 工作原理

导流式连续卸料离心机是从国外引进的一种离心过滤设备，其主要由筒体、转鼓、轴承固定座、减速机、电机、转动装置、刮料装置，滤网等构成。物料由上部进入离心机，分料器连续不断地把物料填入导流通道内，在离心力的作用下，物料沿导流通道向下流动，在流动过程中，液体透过滤网进入集液仓，固体物料则顺导流通道被排入下部的固体收集仓。利用离心力和重力，导流式离心机同时完成离心过滤和离心卸料，导流通道的角度可以根据具体条件进行调整，通过改变通道的长度，控制物料在导流通道内的停留时间，将固体料的含湿量控制到最佳值。导流式连续卸料离心机原理图见图2。

图2 导流式连续卸料离心机原理图

导流式连续卸料离心机的主要技术参数见表1。

表1 导流式连续卸料离心机技术参数表

2.2 特点

导流式连续卸料离心机具有如下特点：

(1)节约人力，降低工人的操作强度，可以实现一人多机操作。

(2)连续作业。实现连续进料、连续卸料，使整个生产工艺具有连续性，提高了设备的使用率，从而提高生产能力。

(3)设备故障点少，无需经常维修和更换部件。

(4)易损件滤网、三角带少且更换容易。

(5)运行平稳，噪音低，减少了对操作工人身体的伤害。

(6)设备基础简单，无需复杂的基础。

(7)针对有粘性的物料，可在卸料仓加装自动旋转式刮刀。

(8)采用变频启动，面板显示电流、电压、转速，声光报警。

(9)可以快速开车和停机，可变频调速，适应不同进料条件(如：浓度、流量、颗粒尺寸等)。

3 导流式连续卸料离心机与带式真空过滤机对比

下面以阴极铜生产规模20万t/a、电解净液系统产粗硫酸铜8 500 t/a的铜冶炼厂为例，分别对采用导流式连续卸料离心机和带式真空过滤机时设备性能、工艺配置、投资及运行成本进行比较。

3.1 工艺配置

传统粗硫酸铜工序厂房一般采用三层混凝土布置。厂房屋面高度21 m，水冷结晶槽配置在第三层(约11.5 m)，水冷结晶槽下方二层平面(约5 m)配置带式真空过滤机，带式过滤机通过漏斗卸料到一层粗硫酸镍打包堆存区。带式过滤机抽真空设备一般为水环式真空泵，配置在一层平面，带式过滤机进出料区域设置吸风罩，酸雾通过风机送入酸雾吸收塔处理后达标排放。由于带式过滤机外形尺寸较大，物料处理能力为2～4 t/h的设备长度达12 m，厂房配置至少需要3个6 m标准跨度，增加了厂房投资。除此之外，考虑到带式过滤机大型部件检修吊装，还需考虑配置吊装设备。

与带式过滤机相比，导流式连续卸料离心机配置较为简单，只需一个6 m标准跨度厂房即可，水冷结晶槽配置在第三层(约11.5 m)，导流式连续卸料离心机配置在二楼5 m平台，物料通过漏斗卸至一层粗硫酸镍打包堆存区即可。由于是全封闭结构，没有酸雾外排，无需吸风罩，也无需抽真空设备及配套的酸雾吸收装置。除此之外，由于设备最大单体部件较小，所以也无需配置吊装设备。整机全部由电气驱动，滤网无需清洗，也无需压缩空气，无滤布冲洗水。导流式连续卸料离心机与带式真空过滤机工艺配置比较见表2。

表2 两种过滤机工艺配置对比

3.2 设备性能

导流式连续卸料离心机与带式真空过滤机主要性能比较见表3。

对比可知：导流式连续卸料离心机较带式真空过滤机具有产品水分低、占地面积小、安装方便、耗电少、设备维护简单等优势。

表3 两种过滤机主要性能对比

3.3 投资及运行成本

导流式连续卸料离心机与带式真空过滤机投资及运行成本比较见表4。

从表4可以看出，采用导流式连续卸料离心机比采用带式真空过滤机设备及安装投资节省57.5万元，土建费用节省144万元；运行费用方面，可节电73.7万kWh/a，节水3.9万t/a，节省人员3人。按照电费0.7元/kWh、水费2元/t、人员10万元/(a·人)计，在不考虑设备折旧的情况下，仅水、电、人工三项一年可节省成本89.39万元。

4 生产运行

从实际生产运行情况看，采用导流式连续卸料离心机分离出的粗硫酸铜颗粒均匀，无粘结、不成块，分离效果好，设备运行平稳，现场环境友好，无酸雾、飞溅现象，可以远程控制，做到无人监守。

由于导流式连续卸料离心机滤网孔径约为0.1mm，比带式过滤机滤布孔径大，会有约5%以下的固态硫酸铜进入过滤后液，导致硫酸铜直收率下降。在铜电解过程中，为了维持电解液中铜离子稳定，必须重溶一部分硫酸铜补充到电解液中，所以，固态硫酸铜进入过滤后液对电解工序并无影响。

表4 投资及运行成本对比 万元

5 结语

在铜电解净液粗硫酸铜过滤分离工艺中，采用导流式连续卸料离心机替代传统的带式真空过滤机，可以节省土建及设备投资，降低生产运行成本，简化工艺流程，具有很好的经济效益。除此之外，全密封的作业方式，可以消除酸雾对人员的伤害，减少对设备的腐蚀，具有良好的环境效益，值得推广使用。

[1] 徐媛卿，吴晓光.铜电解净液系统硫酸铜脱铜工艺改进[J].铜业工程，2011(6)：48-49.

[2] 杨汉光，杨杰，等. 重有色金属冶炼设计手册(铜镍卷)[M].北京：冶金工业出版社，1995：323-324.

Applicationofdiversion-typecontinuousdischargingcentrifugeinsolutionpurificationsystemofcopperelectrolysis

WANG Gong-qiang

This paper introduces the structure, working principle and characteristics of the diversion-type continuous discharge centrifuge, and summarizes its application in the filtration and separation of the crude copper sulfate in solution purification system of copper electrolysis. Compared with the traditional filter, diversion-type continuous discharge centrifuge can not only effectively separate copper sulfate solids and reduce the water content in copper sulfate, but also can achieve closed and continuous operation, and eliminate the hazards of acid mist, so this centrifuge has good economic, social and environmental benefits.

diversion-type continuous discharging centrifuge; crude copper sulfate; crystallization; filtration; solution purification system of copper electrolysis

TF811

B

1672-6103(2017)05-0023-03

王功强(1982—)，男，湖北大冶人，工程师，主要从事有色冶金设计与研究工作。

2016-10-17